传感器技术(压电式传感器)模板.pptVIP

信息与控制学院仪器系 * 6.1.2 压电材料 高分子压电薄膜及拉制 信息与控制学院仪器系 * 6.1.2 压电材料 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 信息与控制学院仪器系 * 6.1.2 压电材料 高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应） 信息与控制学院仪器系 * 6.1.2 压电材料 选用压电材料应考虑以下因素： 转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电常数 机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大，以获得宽的线性范围和高的固有振动频率 电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性 环境适应性强：要求温度、湿度稳定性好，具有较高的居里点，以获得宽的工作温度范围 时间稳定性：压电特性不随时间变化 信息与控制学院仪器系 * 6.2 等效电路 当压电器件中的压电晶体承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷，从功能上讲压电器件实际上是一个电荷发生器。 从性质上讲，它也是一个自源电容器，晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板，压电材料为电介质，则其电容量为 信息与控制学院仪器系 * 6.2 等效电路 需输出电压：等效成与电容串联的电压源 在开路状态， 输出端电压： 电压灵敏度： 需输出电荷：等效成与电容并联的电荷源 在开路状态， 输出端电荷： 电荷灵敏度： 上述等效电路及其输出，只有在压电器件本身理想绝缘、无泄漏、输出端开路的条件下才成立。 信息与控制学院仪器系 * 6.2 等效电路 例：有一只压电晶体，其面积S=3cm2，厚度t=0.3mm，在0度x切型的纵向石英晶体压电系数d11=2.31×10-12C/N。石英压电晶体的相对介电常数为4.5，求压电晶体受到p=10MPa的压力作用时产生的电荷量q及输出电压U0 信息与控制学院仪器系 * 6.2 等效电路 压电传感器在实际使用时总要与测量仪器或测量电路相连接，因此还需考虑连接电缆的等效电容Cc，放大器的输入电阻Ri , 输入电容Ci以及压电传感器的泄漏电阻Ra。 压电传感器的实际等效电路 （a）电压源; （b） 电荷源 信息与控制学院仪器系 * 6.3 压电传感器及其应用 压电传感器的特点 能量转换型（发电型）传感器???? 体积小，重量轻，刚性好，可提高其固有频体积小，重量轻，刚性好，可提高其固有频率，得到较宽的工作频率范围 灵敏度高，稳定性好，可靠。对应用纵向压电效应的传感器，电荷量与晶体的变形无关，灵敏度与传感器刚度无关 有比较理想的线性，且通常没有滞后现象 信息与控制学院仪器系 * 6.3 压电传感器及其应用 压电传感器的特点 低频特性较差，主要用于动态测量低频特性较差，主要用于动态测量 存在横向效应，影响测量结果 应用中要采取严格的绝缘措施，并采用低电容、低噪声电缆 工作原理可逆 应用：压电传感器可以直接用于测力或测量与力有关的压力、位移、振动加速度等。 信息与控制学院仪器系 * 压电式金属加工切削力测量 由于压电陶瓷元件的自振频率高，特别适合测量变化剧烈的载荷。图中压电传感器位于车刀前部的下方，当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电传感器，压电传感器将切削力转换为电信号输出，记录下电信号的变化便可测得切削力的变化。 6.3 压电传感器及其应用 信息与控制学院仪器系 * 压电式玻璃破碎报警器 它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。 可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其它商品柜台保管等场合 6.3 压电传感器及其应用 粘贴位置 信息与控制学院仪器系 * 高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器 质量块 将厚约0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成10?20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的电极引线。并用保护膜覆盖。 使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q ，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。 6.3 压电传感器及其应用 信息与控制学院仪器系 * 脉搏计照片 ? 典型应用： ·脉搏计数探测 ·按键键盘，触摸键盘 ·振动、冲击、碰撞报警 ·振动加速度测量 ·管道压力波动 ·其它机电转换、动态力检测等 集成压电式传感器 是一种高性能、低成本动态微压传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，再经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击能力强，抗干扰性好，操